Cómo funciona el sistema de presurización de un avión

Los primeros síntomas de hipoxia en aviación se pueden presentar a altitudes tan bajas como los 8.000 pies. Para superar esta barrera a la hora de ascender con un avión, tenemos dos opciones: utilizar aviones presurizados o máscaras de oxígeno. En este artículo nos centraremos en cómo funciona el sistema de presurización de un avión.

En el proceso de presurización de un avión encontramos tres elementos esenciales: el sistema de aire acondicionado que proporciona aire nuevo a toda la cabina, un fuselaje resistente a diferenciales de presión y una válvula de escape que deja salir parte del aire.

El sistema de aire acondicionado

El aire que se suministra a los pasajeros de un avión reactor proviene de los compresores de los motores. Este aire necesita estar a una presión determinada y para ello pasa por los PACKs (Pressure and Air Conditioning Kits), unos kits pneumáticos de aire acondicionado situados en la parte inferior del avión entre las ruedas de aterrizaje. Al salir ahí, el aire tiene la temperatura y presión adecuada para la cabina de pasajeros y tripulación.

Representación del sistema de un PACK (Pressure and Air Conditioning Kits)
El aire entra en los PACKs a través del sistema de sangrado y sufre la mayor bajada de temperatura en la turbina. El aire de impacto es el aire ambiente del exterior.

Una vez terminado este proceso, para proporcionar un mayor confort a los pasajeros, el aire pasa por un separador de agua y por un humidificador, (normalmente la humedad es del 30 %). Por último, este aire pasa a una unidad de mezclado en la que se mezcla con el aire reutilizado de la cabina. Esta mezcla, denominada Trim Air, se distribuye por las diferentes zonas de la cabina.

El fuselaje

Los tipos de fuselaje que se utilizan son del tipo semimonocasco, cuya superficie, en conjunto con otros elementos, aguantan las fuerzas generadas por la diferencia de presiones. Los elementos más importantes para el sustento de estas fuerzas son la superficie y las mamparas.

Foto de una mampara trasera de un Boeing 747
Foto de la mampara trasera de un Boeing 747. Foto obtenida de: http://bit.ly/2jPBbso

La superficie aguanta más o menos fuerza según su grosor y forma. El grosor debe ser el suficiente para soportar las fuerzas de la presurización sin añadir demasiado peso. En cuanto a la forma, la estructura que mejor aguanta las fuerzas es la redonda u ovalada.

Las mamparas, situadas una en la parte trasera y otra en la parte delantera del avión, actúan como tapas estancas en las que se contiene la presión. Tanto el fuselaje como las mamparas actúan como una bombona estanca a presión. La de la parte trasera es de especial importancia ya que, además de cumplir con su función básica, actúa como muro de fuego entre la APU (Unidad de Potencia Auxiliar) y la cabina de pasajeros.

La válvula de escape

Foto de una válvula de escape abierta por completo
Válvula de escape abierta por completo ya que se encuentra a nivel de suelo. Foto obtenida de: http://bit.ly/2jPNh5b

La válvula de escape es la que permite controlar la presión del interior de la cabina. Si esta válvula se abre, la diferencia de presión entre el exterior y el interior del avión disminuye y viceversa. En el siguiente ejemplo explicamos su funcionamiento de manera simplificada:

Imagina un depósito de agua con un tubo para introducir agua a presión (caudal constante) y un grifo para sacar el agua. Mientras el grifo está cerrado, el depósito se llena y la presión del interior aumenta. Al abrir poco a poco el grifo la presión sigue aumentando, a menor velocidad, hasta que se abre completamente y la presión permanece constante.

En el caso de la presurización de un avión, el agua equivaldría al Trim Air, el tubo al PACK, el grifo a la válvula de escape y el depósito al fuselaje.

Vemos que todo tiene sentido si funciona bien pero, ¿qué pasa si las cosas no salen como se han planeado?

Foto del sistema de presurización en un B737
Sistema de presurización en un B737. Detalle de la parte de control de la válvula de escape con sus tres modos de uso. Foto obtenida de: http://bit.ly/2ktQIes

Sistemas doblados por redundancia

Para aumentar la seguridad en vuelo, todos los sistemas están al menos duplicados. Por un lado, como vemos en la imagen, la válvula de escape está conectada a tres motores eléctricos, de los cuales solo uno está en funcionamiento. El motor AUTO (de uso normal) y el ALTN (el alternativo) son automáticos y el MAN, manual. Como curiosidad, cuando la válvula está en modo manual en un B737, la única tarea del primer oficial es controlar la presión de cabina mediante la apertura o el cierre de la válvula.

Por otro lado, el fuselaje está diseñado para que haya más presión en su interior que en el exterior, y no al revés. Sin embargo, cuando el avión desciende rápidamente, existe la posibilidad de que la presión exterior sea mayor. Como protección ante este tipo de situaciones, el avión dispone de una válvula adicional. Esta está situada en la parte superior del fuselaje para evitar que entre agua en caso de amerizaje.

Por último, el sistema también dispone de una válvula extra por si la válvula de escape se atasca. Esta se abre únicamente si el valor del diferencial de presiones alcanza un valor máximo. Todas estas válvulas de seguridad no requieren de ningún sistema eléctrico para ser accionadas, son 100 % mecánicas y su diseño es muy sencillo.

En conclusión, el sistema de presurización es esencial para la aviación comercial ya que permite volar a grandes altitudes. Asimismo, el techo de operación de un avión no es el aerodinámico sino el que limita la presurización, conocido como techo de vuelo operativo. Es decir, el techo de operación de un avión depende de cómo de grande puede ser el diferencial de presiones del interior y exterior de la cabina y de cuánto puede aguantar el fuselaje.

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